بررسی تاثیر پیش تیمارهای رطوبتی حرارتی بر خواص کاربردی چوب فشرده‌سازی شده

سابقه و هدف: چوب بعنوان یک ماده احیاءپذیر، با دارا بودن مزایای متنوع همواره دارای مصارف مختلفی در جامعه انسانی بوده است. با این وجود، این حقیقت که چوب یک ماده طبیعی است و از گونه‌های مختلفی تهیه می‌گردد، محدودیت‌هایی را در خواص (جذب رطوبت، تغییرات ابعادی، تخریب توسط عوامل مخرب زیستی، تخریب توسط اشعه ماورای بنفش و هوازدگی و ...) و کاربرد آن ایجاد می‌نماید؛ لذا این ماده طبیعی ممکن است برای بدست آوردن عملکرد و کاربرد مورد نظر نیاز به اصلاح و تغییر ساختاری داشته باشد. یکی از روش‌های اصلاح چوب‌های سبک، افزایش دانسیته آن با استفاده از فرایند فشرده‌سازی می‌باشد که غالبا خواص مکانیکی چوب را بهبود می‌بخشد. اما در فرایند فشرده‌سازی، چوب تمایل به بازگشت به حالت اولیه دارد. برای تعدیل بازگشت فنری و بهبود ثبات ابعادی چوب مطالعات و تحقیقات متعددی صورت پذیرفته است، ولی تا کنون روش مناسبی که بتواند میزان بازگشت فنری را بطور موثر کاهش داده و یا کنترل نماید و سبب پایداری ابعادی گردد ارائه نشده است. لذا این بررسی با بکارگیری پیش تیمارهای گرمآبی حرارتی سعی در بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی چوب صنوبر دارد؛ ضمن آن که به ارزیابی تاثیر روش نوین بکار گرفته شده بر کنترل بازگشت فنری و پایداری ابعادی نیز می‌پردازد.مواد و روش‌ها: در این بررسی نمونه‌های مورد نظر از گونه چوبی صنوبر (populous deltoides) تهیه شدند. چوب صنوبر ابتدا در آزمایشگاه چوب و کاغذ مجتمع تحقیقاتی البرز به الوار تبدیل گردید و سپس قطعاتی با ابعاد 45×7×4.2 سانتی‌متر مکعب (طولی×مماسی×شعاعی) از آنها تهیه شد. در این بررسی به منظور پیش تیمار اولیه چوب صنوبر از آب جوش 100 درجه سانتی‌گراد استفاده شد. زمان تیمار گرمآبی در سه سطح صفر، 60 و 120 دقیقه در نظر گرفته شد. در مرحله بعد با استفاده از پرس گرم، دومین پیش تیمار و سپس عملیات فشرده‌سازی نمونه‌های تیمار شده در راستای شعاعی و با ضریب فشردگی 40 درصد انجام گرفت. میزان فشار پرس 50 کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع و زمان پرس 60 و 90 دقیقه در نظر گرفته شد. همچنین از سه دمای پرس 160، 180 و 200 درجه سانتی‌گراد استفاده گردید. آزمون‌های فیزیکی شامل اندازه‌گیری گرادیان دانسیته و بازگشت فنری نمونه‌ها پس از متعادل‌سازی بودند. مقاومت به ضربه و مقاومت به فشار موازی الیاف نیز از آزمون‌های مکانیکی می‌باشند که مورد ارزیابی قرار گرفتند. جهت تجزیه و تحلیل آماری نیز از آزمون فاکتوریل و در قالب طرح کاملا تصادفی استفاده شد. تجزیه و تحلیل نتایج با استفاده از نرم افزار spss انجام شد و مقایسه میانگین‌ها با استفاده از آزمون چند دامنه‌ای دانکن مورد بررسی قرار گرفت.یافته‌ها: بررسی نتایج و مقایسه آن با سایر تحقیقات نشان دادند که با بکارگیری این فرایند می‌توان به خواص فیزیکی و مکانیکی قابل قبولی در نمونه‌ها دست یافت؛ به طوری که این فرایند می‌تواند سبب گرادیان دانسیته کمتر و ایجاد بافت همسان در نمونه‌ها گردد. همچنین نتایج بیانگر کاهش میزان بازگشت فنری پس از پرس و نیز پس از متعادل‌سازی نمونه‌ها بودند. خواص مکانیکی نمونه‌ها از جمله مقاومت به ضربه و مقاومت فشاری موازی الیاف نیز در اثر این فرایند بهبود یافت.نتیجه‌گیری: فرایند فشرده‌سازی گونه‌های چوبی سبک همراه با پیش تیمارهای رطوبتی حرارتی سبب بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی می‌گردد و دامنه کاربرد چوب‌های سبک را وسعت می‌بخشد.

Investigation of hydrothermal pretreatments effect on functional properties of densified wood

Background and objectives: Wood as a renewable material, with its various benefits, has always had different applications in human society. Wood as a natural and biodegradable material has always been considered by humans throughout the history. However, the fact that wood is a natural material originating from different trees, create limitations on its properties such as moisture absorption, dimensional changes, biodegradation, degradation by ultraviolet radiation and weathering, etc. Therefore, this natural product may need to be modified in order to achieve the desired functionality and application. There are different modification methods which can be improved the physical and mechanical properties of wood. Enhancement of light wood density by compression process is one of wood modification methods that often improve the mechanical properties. But springback is the main subject in this process. There have been done numerous studies in this field but no suitable method has been presented until now that can effectively control springback. Therefore, the aim of this study was improvement of physical and mechanical properties of poplar wood (Populus deltoides) by using hydrothermal pretreatments; at the same time, springback assessment under this process.Materials and methods: In current study, Poplar wood (Populous deltoids) was initially cut into timber in wood and paper laboratory of Alborz research complex and then change into the pieces with dimensions of 45×7×4.2 cm3 (longitudinal× tangential× radial). Afterwards, the wood specimens were hydrothermally treated at temperatures of 100°C for three times of 0, 60 and 120 minutes. In the next step, the second pretreatment and also densification process was carried out under a hot press in the radial direction with a compression set of 40 percent. The pretreated poplar wood specimens were immediately compressed by hot press at temperature of 160, 180 and 200°C for two times of 60 and 90 minutes. The press pressure was considered 50 kg/cm2. The specimens were then physically and mechanically tested as density gradient, springback after press and also conditioning, impact strength and compression parallel to grain. The results were analyzed based on complete randomized design (CRD) under a factorial experiment by SPSS software. The mean comparison was evaluated using Duncan’s multiple range test.Results: Results assessment in compared with other studies showed that acceptable physical and mechanical properties can be reached by this process such as uniform structure and less density gradient. Moreover, the results revealed reduction of springback after press and conditioning and also improvement of mechanical properties such as impact strength and compression parallel to grain.Conclusion: The densification process of lowdensity wood species with hydro thermal pretreatments improve the physical and mechanical properties and expands their functional domain.